光子晶體光纖雷射與碳奈米材料之非線性光學與動力學之研究

Abstract

高功率光纖雷射已是雷射技術中現金最受矚目的焦點，光子晶體光纖 (PCF)雷射更應是處於正要開始快速發展的研究題材。然而在脈衝光纖雷射的 部份，以及高鋒值功率、高能量條件下的一些非線性光學機制對光纖雷射的 影響與物理研究，尚有眾多待解決的問題與研究空間，而我們在這方面的研 究已具備部分優勢。本研究計畫將以現有光纖雷射實驗能力、理論與發現為 基礎，並結合電物系凝態理論基礎與中研院應科中心碳奈米材料製備經驗， 深入研究光子晶體光纖雷射與碳奈米材料之非線性光學與動力學。欲解決的 光子晶體光纖研究子題將包括：非線性效應如受激布里淵散射(SBS)、非線性 鎖模、自啟動之放大的自發放射(ASE)，對自脈衝產生與奈秒級Q 開關脈衝 產生的影響；主振盪器放大(MOPA)模式的動力學研究與雷射技術建立；並研 究隨機偏振光纖雷射的非線性頻率轉換機制、理論模型，開發高性能紫外光 光纖雷射的技術。最後結合奈米碳管(CNT)與石墨烯(Graphene)的預期特性， 建立使用碳奈米材料的光子晶體光纖鎖模雷射技術，除了可研究其雷射物 理、奈米光電元件的物理特性，亦提供未來進一步，對其他非線性效應引發 的光孤子…等現象的研究基礎。

The project is to study the nonlinear effect and temporal dynamics in continuous and pulsed photonic crystal fiber lasers, and the ultra-fast photonic crystal fiber lasers with carbon nanomaterials which include carbon nanotube and graphene. The proper experimental instrument and laboratory will be setup. The works will be done in two years: 1. Nonlinear dynamics of cw and pulsed rod-type photonic crystal fiber lasers – directly Q-switched with high energy SESA vs. MOPA with new passively Q-switched solid-state laser, 2. The theoretical simulation of nonlinear dynamics in fiber lasers with SBS, ASE, and mode-locking effects, 3. Frequency-tripling physics for random-polarized photonic-crystal fiber lasers, 4. Dynamics of ultra-fast fiber lasers with carbon nanotubes and graphene as the saturable absorber.